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植物生长的过程是其体内细胞的增殖、扩大和充实过程,所以细胞的增殖发育,对整个植物体来说就是量的增加,是生长发育。ANT基因是一个植物所特有的器官生长发育调控基因,它的作用是在植物器官发生期间,通过保持细胞竞争性分生来调控细胞分化和器官生长,从而使得植物器官及其本身生长发育得到充分拓展。而巨龙竹具有秆形巨大,生长迅速的生长特性,被认为是世界上最高大的竹子。因此,根据ANT基因对器官生长发育的调控机制推测,巨龙竹ANT基因在其秆茎生长发育的过程中起到了关键性的作用。
调控巨龙竹这一独特生长特性的基因应该不是单一的,这些基因在植物生命科学研究上,特别是在农林业科学研究方面有着可观的利用价值。巨龙竹单秆出材率高,单位面积产量大,是优良笋材兼用竹种,特别是高大的秆茎提高了其加工利用率和使用范围,工业化利用价值很高,所以对其生长发育相关基因的研究是很有运用前景的。基于巨龙竹独特的秆茎生长特性以及国外关于ANT基因对植物器官生长调控的研究结果,研究试验对巨龙竹进行了ANT基因的克隆和分析。
研究试验首先采用两种植物总RNA抽提试剂,成功地提取到了完整性较好、浓度较高的巨龙竹总RNA;并且应用生物软件DNAMAN和Primer Premier5设计了同源简并引物以及基因特异性引物;然后运用RT-PCR技术与RACE技术结合的方法成功地克隆到了1914bp巨龙竹ANT基因的全长cDNA序列。由全长cDNA序列可知,所克隆巨龙竹ANT基因的mRNA序列含有不太明显的5端“帽子”结构和3端poly(A)“尾巴”,这与真核生物mRNA特征相符。
根据所克隆的巨龙竹ANT基因cDNA序列,运用生物学软件和生物信息学的方法对其进行了大量的分析研究。分析预测得出,巨龙竹ANT基因的mRNA序列与水稻、拟南芥、蓖麻等多种植物的ANT基因mRNA序列和.AINTEGUMENTA-like基因mRNA序列有着很高的序列相似性;并且含有一个836bp的开放阅读框,其起始密码子为ATG终止密码子为TAA,编码一个含有278个氨基酸残基的蛋白质,即巨龙竹ANT蛋白。巨龙竹ANT蛋白与水稻、拟南芥、烟草等多种植物ANT蛋白和AINTEGUMENTA-like蛋白有着较高的同源性,其相对分子质量为30358.7,理论等电点为7.76,分子式为C1315H2047N383O422S12,总原子数为4179.此蛋白质没有前导肽将其引导进人其它亚细胞器,而是留在细胞质中经过翻译后修饰加工成为成熟蛋白质直接发挥其独特的生物学功能。该蛋白属于亲水可溶性蛋白质。二级结构预测分析表明,ANT蛋白由26%的α-螺旋、23%的β-转角、20%的β-折叠片和32%的无规则卷曲组成,α-螺旋和无规则卷曲是此蛋白最大量的结构元件,而β-转角和β-折叠片则散布于整个蛋白质中。该蛋白含有两个功能结构域,其中一个属于AP2蛋白家族成员,另一个是未知结构域。
克隆试验和预测分析结果充分表明,研究试验成功克隆得到巨龙竹ANT基因,该基因可以用于后续研究。本研究为今后研究巨龙竹速生与巨大的分子机制铺垫了很好的基础。